广清高速改扩建工程桩基溶洞顶板稳定性研究

针对广清高速公路改扩建工程,选取两个典型桥梁桩基存在下伏溶洞工点,构建溶洞地质概化模型。采用理论分析和数值模拟方法研究桩基溶洞顶板的稳定性,以便为岩溶区桩基设计、施工提供依据。通过规范方法确定桩底作用在溶洞顶板上的荷载,通过成层地基和地应力计算方法计算上覆岩土层作用在顶板上的自重应力。对溶洞顶板分别进行抗冲切、抗剪切、抗弯验算,分别求出稳定系数和桩底竖向极限荷载。运用ANSYS数值模拟方法,对顶板位移、第一主应力和塑性应变进行分析,计算得出桩底竖向极限荷载。理论分析与数值模拟结果对比表明桩基溶洞顶板处于稳定状态,抗剪切、抗弯验算是桩基下溶洞顶板稳定性分析的主要验算指标。     

基于H-B强度理论的桩端岩层安全厚度确定

针对岩溶区桩端岩层安全厚度确定中存在的问题,引入能综合考虑岩体质量及三向应力的影响的Hoek-Brown岩体经验强度准则,确定了岩体抗拉强度计算公式,并采用Lambe变换,建立了较为实用的岩体剪切破坏强度公式.基于桩端岩体破坏模式,确定了桩端岩层安全厚度的计算方法.参数分析表明:RMR值对桩端岩层安全厚度有强烈影响,RMR值越高,安全厚度越小,反之越大.对于一般天然下自稳状态的溶洞顶板,安全厚度取3倍桩径较为合理.最后结合工程实例对本文计算方法进行了验证.     

岩溶地区嵌岩桩稳定性影响因素的敏感性研究

采用ABAQUS有限元软件对嵌岩桩进行数值模拟计算.通过逐一改变溶洞高度、溶洞的跨度、溶洞的顶板厚度、桩端嵌入深度、桩径等,得出桩体最大位移和溶洞顶板受力情况,研究各因素对溶洞顶板稳定性的影响.结果显示:溶洞极限承载力对溶洞的顶板跨度、顶板厚度、岩体的完整性比较敏感;对于桩体的直径和嵌岩深度有一定的影响,但是不是太明显;对于溶洞的高度不敏感.     

穿越溶洞型基桩竖向极限承载力计算方法研究

在岩溶地区，若基桩下伏溶洞的顶板厚度不符合稳定性要求，需考虑基桩穿越溶洞并嵌入溶洞底板以提高基桩承载力。但是，目前尚无计算穿越溶洞型基桩竖向极限承载力的成熟方法。本文首先通过室内试验研究了穿越单层溶洞基桩在桩顶逐级加载条件下“地层-基桩-溶洞”系统的渐进破坏过程及破坏模式；然后，基于塌落拱理论建立了溶洞顶板张拉破坏高度的计算方法，揭示了桩身侧摩阻力的“拱效应”现象；其次，基于小应变理论和单向受压微元体平衡方程，建立了桩身压屈的临界条件，提出了桩身轴向受压极限荷载的计算方法；最后，提出了穿越溶洞型基桩竖向极限承载力的计算流程，并采用该方法计算了某实际穿越溶洞型基桩的竖向承载力。     

CFG桩复合地基承载力模糊能度可靠性分析方法

在分析CFG桩复合地基承载力计算方法的基础上,根据其影响因素的区间性与模糊性特点,提出了采用三角模糊数表示计算参数取值,建立出CFG桩复合地基承载力模糊分析模型.通过探讨三角模糊数构造方法,建立出CFG桩复合地基承载力计算参数三角模糊确定方法,然后,基于给定安全系数与承载力设计构建功能函数,引入截集理论与区间运算规则,...     

岩溶地基上桥梁桩基设计优化方法研究与实例

结合岩溶区某桥梁基桩优化设计实例,提出针对基础下并非所有基桩桩端都存在溶洞的情况,通过合理设计承台梁和各桩桩径的方式来减小桩端存在溶洞基桩的桩顶分配荷载,尽量将该类基桩奠基标高设置在最上层顶板上,达到减小岩溶区桩基工程处治难度的方法。在此基础上,根据桩端下存在与不存在溶洞基桩刚度的差异,在分析溶洞顶板沉降计算方法后,解决了差异地基上桩基承台梁内力计算问题。将该方法应用于工程实例中,在分析承台梁刚度和桩径对基桩桩顶荷载分配的影响后,对该桩基础进行优化设计并取得了良好效果。     

基于区间数的高速磨床主轴系统的不确定性优化研究

为了更精确地反映主轴系统在工作状态下的情况,针对高速磨床主轴系统建立柔性体动力学模型,对其在不确定性磨削力作用下的工况进行数值模拟和优化研究.首先采用优化拉丁超立方试验设计方法在设计变量和不确定参数构成的混合空间内采样,再建立包含不确定量的主轴系统径向基函数近似模型,代替耗时的数值仿真模型.利用基于区间数的不确定性优化方法对高速磨床主轴系统进行优化设计研究.结果表明,利用基于区间数的不确定性优化方法,对主轴系统的关键参数进行优化后,表征磨削质量的刚体砂轮质心的径向跳动值比原来有了较大的减少,得到了在不确定磨削力影响下优化结果的响应区间.     

基于双液高压旋喷注浆处理后桩基持力层安全厚度分析

岩溶发育地区大跨度桥梁桩基不易满足现有规范中桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d(d为桩径)的相关规定.针对此类桩基问题,通过双液高压旋喷注浆法形成人造持力层参与溶洞顶板受力,分析了注浆前后溶洞顶板的不同受力模式,得出了注浆形成人造持力层后溶洞顶板弯曲破坏、冲切破坏的相关公式.结合工程实例,建立三维有限元桩基-顶板-人造持力层相互作用力学模型,进一步分析了双液高压旋喷注浆处理后溶洞顶板的安全厚度.研究结果表明,采用双液高压旋喷注浆处理后形成人造持力层的处理方法,可使溶洞顶板安全厚度限值相对于处理前大幅减小,降低了岩溶地区桩基的施工难度和施工风险,缩短了施工工期,节约了工程造价,为岩溶发育地区大跨度桥梁桩基持力层设计提供了一种新思路.     

下伏空洞桥梁单排桩基桩端岩层极限承载力计算方法

针对下伏空洞桥梁单排桩基桩端岩层极限承载力问题,基于下伏空洞单桩基础桩端岩层冲切破坏理论,假定了下伏空洞桥梁单排桩基桩端岩层的破坏模式.采用空间曲面积分得到了各桩下冲切体重叠部分侧面积计算方法,进一步考虑重叠面积与桩端岩层承载力折减之间的关系,提出了下伏空洞桥梁单排双桩及三桩基础桩端岩层极限承载力计算方法.通过试验验证...     

高层建筑桩基荷载下溶洞顶板的安全厚度

以深圳市龙岗区龙城工业园内某高层建筑桩基荷载下的溶洞顶板为研究对象,运用理论公式和数值模拟方法分别对桩基荷载下溶洞顶板安全厚度进行研究。选取单桩承载力、溶洞洞跨、溶洞形态系数、桩端偏心率作为顶板安全厚度的影响因素,通过数值模拟得到了安全厚度与各单因素之间的影响规律,并综合考虑这些影响因素得到安全厚度的预测模型。在能保证安全的前提下,将预测模型值与理论公式值进行对比,判断出预测模型更合理节约,对岩溶地基高层建筑桩基设计和现场施工有一定的指导意义。     

某建筑物地基塌陷和房屋开裂的分析与处理

通过地基勘察、裂缝观测、变形观测、桩身抽芯、砼回弹试验和砼声波测试等,对某建筑物地面塌陷和房裂原因进行了分析研究。结果表明：部分桩端持力层存在不稳定溶洞是该工程病害的主要原因,地表水下渗带走土层和溶洞充填物又加速了持力层溶洞顶板的失稳破坏,桩身质量差也是产生病害的另一原因。作出了该建筑物目前整体稳定,局部已成危房的评价。经过比选,采取了人工挖孔桩托换和结构胶与钢板锚固结合的方法补强加固,节约投资46万余元。     

桩基荷载下溶洞顶板安全厚度研究

本文以深圳市龙岗区龙城工业园内某高层建筑桩基下的溶洞顶板为研究对象,运用理论公式和数值模拟方法分别对桩基荷载下溶洞顶板安全厚度进行研究。选取单桩承载力、溶洞洞跨、溶洞形态系数、桩端偏心率作为顶板安全厚度的影响因素,通过数值模拟得到了安全厚度与各单因素之间的影响规律,并综合考虑这些影响因素得到安全厚度的预测模型;在能保证安全的前提下,将预测模型值与理论公式值进行对比,判断出预测模型更合理节约,对岩溶地基高层建筑桩基设计和现场施工有一定的指导意义。     

不同刺入深度下桩端受力的模型试验及数值模拟

通过自行设计的可视化模型试验,采用高清相机、显微数码及图像分析等技术,对纯砂中桩端埋入持力层不同深度的桩端刺入试验进行宏、细观研究.对随桩端刺入深度不同而产生相应的桩端刺入的受力、砂土的位移场和应变场及其细观机理进行分析研究.通过开发三维非圆颗粒,重点对纯砂中桩端刺入的室内试验进行PFC软件三轴数值模拟,将土体细观参数变化与宏观力学响应相联系,揭示桩刺入过程中桩端砂土的宏、细观演化机理.指出端阻力的发挥在细观上主要表现为桩端附近颗粒接触力的变化:桩端下部颗粒的压密范围、桩脚附近土体孔隙率和接触数变化趋势是端阻随埋深而变化的主要因素;达到极限端阻后,承载力的略微增加在细观上主要表现为持力层中桩侧颗粒孔隙率减小、接触力增大.     

静压桩桩端扩张压力分析

为分析桩端扩张压力,对现有计算方法进行了改进;根据静压桩贯入机理,分析了静压桩的贯桩过程;在模拟桩体贯入过程的基础上,建立了基于半无限圆孔扩张的压桩静力平衡方程,并求得了弹性条件下桩端扩张压力的理论解答,同时进一步分析了桩端扩张压力与压入深度的关系.     

沉桩挤土对预制抗拔桩承载力影响的模型试验研究

为研究砂性土中沉桩挤土对预制抗拔桩承载特性的影响,开展了预制抗拔桩在非挤土、单桩挤土条件下的室内模型试验,对比分析了挤土程度、桩长及桩间距等因素对模型桩的抗拔承载力、桩顶位移及挤土范围等方面的影响。结果表明:在砂性土中不同挤土条件下,预制模型桩的极限抗拔承载力与桩长呈正相关关系;在单桩挤土试验中,试验桩极限抗拔承载力显著大于非挤土条件下对应的数值,且随着桩间距的加大,挤土强度削弱,试验桩的极限抗拔承载力随之减小,并逐渐接近非挤土条件下的承载力数值。     

考虑时间效应的高回填场地不同桩顶荷载基桩受力特性分析

由于基桩在高回填场地的应用不可或缺,考虑在其使用过程中高回填土的蠕变特性对基桩力学特性的影响,利用有限差分软件FLAC3D,并考虑时间效应,对填土厚度为10m,桩径为1m,嵌岩深度为3m的基桩进行桩顶荷载分别为0、0.5MPa、1Mpa、2Mpa、3Mpa和5Mpa的数值模拟分析,得到不同桩顶荷载作用下基桩的受力和变形特征。研究结果表明：桩周填土沉降随时间呈现先加速增加后逐渐趋于平衡的趋势,不同桩顶荷载作用下桩顶位移随时间的变化速率滞后于桩周填土的沉降变形速率;在桩周填土蠕变初期,桩身最大内力加速发展,而桩端阻力在此段时期的增长并没有出现加速增长;随着填土蠕变进入中后期,桩端阻力加速发展,桩侧摩阻力向桩端阻力转移;待桩周填土蠕变稳定后,桩身最大轴力与桩顶荷载呈现正相关,但是桩身轴力附加值随桩顶荷载的增加而减小;增加桩顶荷载桩,桩端阻力及其附加值也随之增大。该研究可为高填土场地桩基的设计施工提供参考。     

基于AMESim的振动沉桩系统的动力学仿真分析

通过AMESim软件建立了桩-土系统的动力学数值仿真模型,研究了振动沉桩过程中激振力频率和土质条件对桩-土系统的振动摩擦特性的影响.对比不同参数下沉桩位移、桩端阻力和桩侧摩擦力的变化曲线,得出激振力频率以及土质条件对沉桩效果的影响规律:激振频率越高,沉桩振幅越小;土的黏聚力越大,沉桩阻力初始值越大;土容重越大,沉桩阻力变化速率越快.从而获得摩擦力较小的激振频率区间,以提高土木建筑施工中桩-土系统的工作效率.     

大直径扩底桩竖向端承力解析解与试验分析

为了解决目前大直径扩底桩竖向端承力计算方法所存在的不足,将球孔扩张理论应用于扩底桩端承力的计算,建立了扩底桩的球孔扩张理论计算模型.考虑扩底桩桩端外边缘处力矩平衡以及几何对称性,建立极限球孔扩张压力、桩端中心以下主动土压力及扩底桩端承力之间的联系,推导出大直径扩底桩端承力的解析解,求得黏性土和无黏性土中扩底桩端承力的表达式.利用原型扩底桩试验对该公式进行验证,分析得出影响扩底桩端承力的主要因素包括土的粘聚力、内摩擦角、杨氏模量、泊松比、扩底桩的扩底半径和入土深度.试验结果表明:该解答精度满足工程要求;经验方法对扩底桩端承力进行折减只是经验的总结,物理意义不明确.     

黄土地区旋扩灌注桩附加应力分布及沉降计算

旋扩灌注桩(rotary squeeze cast-in-place pile,RSCP)是指在灌注桩成孔过程中对桩孔固定位置进行大于原桩径的机械旋扩,之后浇筑混凝土而形成的变截面桩.以探索旋扩灌注桩在黄土地区承载特性为目的,对2道扩孔,3道扩孔1.8倍桩径旋扩模型桩开展离心模型试验,得出了旋扩端和桩端土压力随上部荷载变化规律;发现了当上部荷载达到一定值之后,旋扩端土压力,桩端土压力与上部荷载呈现出稳定的百分比关系.基于Mindlin理论,利用面积积分的方法推导出了旋扩灌注桩的沉降计算公式,利用离心模型试验所得百分比数据,将公式中旋扩端土压力,桩端土压力用上部荷载进行替换,实现在已知上部荷载,旋扩灌注桩尺寸以及桩周土性质的情况下进行加载后期沉降计算.最后,利用离心模型试验P-S沉降曲线验证了沉降计算公式的准确性,提出了预测旋扩灌注桩极限承载力的方法.